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随着能源短缺与环境问题日益凸显,氢能作为一种清洁高效的二次能源,其开发和利用成为了我国能源转型的重要方向之一。由于氢极易渗入储氢容器的材料中,造成氢脆(Hydrogen Embrittlement,HE),所以对材料HE抗性的要求不断提高。奥氏体不锈钢(Austenitic stainless steel,ASS)作为制造储氢容器的优选材料,实际生产过程中常见的塑性变形加工与退火、敏化(焊接)等热处理对其抗氢性能的影响值得探究。本文使用价格相对低廉的304型亚稳态ASS为研究对象,通过α′马氏体含量分析、金相观察、电化学充氢、慢应变速率拉伸、断口分析等方法研究了塑性预变形和退火(敏化)综合处理以及基于严重塑性变形和退火处理的晶粒细化对其HE性能的影响,为储氢容器和管道的实际生产提供了一定理论和实验指导。主要研究内容与结论如下:(1)通过预充氢和拉伸试验研究了拉伸塑性预应变和650°C敏化(用退火模拟)对304钢HE的综合影响。发现高于10%的预应变会导致试样在接触氢之前产生大量的预存在α′,从而降低钢后续的HE抗性。单独的敏化处理也会增强钢的HE,但是将预应变后含α′的304钢进行短时间敏化,会导致α′马氏体向奥氏体回复,在一定程度上恢复因预应变而降低的HE抗性。与之相反,先敏化后变形的试样,由于碳化物析出导致稳定性降低,会比只经过预应变处理的试样产生更多的α′,令HE更严重。因此实际生产中,需避免先敏化(焊接)后冷变形。(2)揭示了预存在α′马氏体含量是制约亚稳定ASS HE敏感性大小的关键因素,分析了氢传输参数(扩散系数和溶解度)与预存在α′含量的定量关系,证明α′马氏体是奥氏体不锈钢中氢扩散的快速通道,从而增加进入试样中的氢含量,并推导出了适用于典型的体心立方和面心立方双相材料的表观氢扩散系数公式。304钢中预先存在的α′是通过增加进入材料的氢含量来增加HE程度的,而非α′马氏体本身会增加HE敏感性。(3)利用90%重度冷轧变形与不同参数退火处理工艺细化304钢晶粒,并通过在线充氢拉伸研究了晶粒尺寸对HE敏感性的影响。发现随着退火温度的升高和退火时间的延长,冷轧导致的α′相逐渐逆变为奥氏体相,平均晶粒尺寸逐渐增大,钢抗HE性能逐渐降低。304型等亚稳态ASS经过恰当参数的处理后,可以兼具高强度、高延展性和低HE敏感性。